特斯拉线圈(Tesla Coil)是一种基于谐振原理工作的升压变压器,由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉于1891年发明,用于产生电压极高而电流极小、频率较高的交流电能。该类装置通常由两组(部分变体使用三组)相互耦合的谐振回路构成。由于特斯拉本人为实验目的设计了众多型式各异的线圈结构,因此很难对该类装置给出单一而严格的定义;其应用涵盖高压放电演示、荧光光谱分析、X射线产生、高频交流电现象的观测、电疗以及无线电能的发射与接收等。
火花间隙特斯拉线圈(Spark Gap Tesla Coil,SGTC)是特斯拉当年所制作线圈的基本形态。SGTC的结构与原理均较简单,因而常被作为初学者了解特斯拉线圈工作的入门电路。其基本组成包括感应圈、变压器、打火器(火花间隙)、两只电容器以及仅绕数匝的初级互感线圈。
从工作过程看,交流电源经升压变压器提升至2000 V以上,足以击穿空气,再经四只(或四组)高压整流二极管构成的全波整流桥为主电容C1充电。打火器由两个表面光滑的电极为构成,两电极的间距为几毫米,其数值取决于高压输出端电压的设定。当主电容两极板间的电位差达到足以击穿打火器间隙的数值时,打火器发生放电,主电容与初级线圈L1(一只电感)构成LC谐振回路并产生振荡。该振荡一旦建立,便向外辐射频率通常在100 kHz至1.5 MHz之间的高频电磁波。
放电顶端C2是一具有足够表面积且导电的光滑物体,它与大地之间形成“对地等效电容”,该等效电容与次级线圈L2(一只电感)同样构成一个LC谐振回路。当初级回路与次级回路的谐振频率接近一致、且打火器接通时,初级回路辐射的电磁能量大部分被次级回路吸收。理论上,放电顶端与大地的电位差可以达到很高的数值,次级回路由此建立起高频、高电压而电流较小的交流电势,进而在放电顶端与邻近接地的物体之间形成电弧。
需要强调的是,SGTC虽原理清晰、线路简洁,但要使两只谐振回路与环境之间达到理想共振并非易事,这正是特斯拉本人最擅长的技艺。此外,此类装置能够产生频率很高的高压电流,具有极高的危险性,实验与维护时应严格采取安全防护措施。

